JPH08511604A

JPH08511604A - Particle trap for I/P converter

Info

Publication number: JPH08511604A
Application number: JP50178795A
Authority: JP
Inventors: エル．グラベル，ジェイムズ
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP3561522B2; MY111547A; EP0707687B1; EP0707687A1; SG44468A1; US5333637A; CN1124992A; WO1994029600A1; RU2126104C1; MX9404065A; BR9406795A; TW256872B; AU7093594A

Abstract

(57)【要約】電気的制御入力の関数として調整された空気出力を発生する変換器（１０）であって、ハウジング（１６）と、ガス調整器（２２）と、粒子捕獲器（５１）とによって構成されている。ハウジング（１６）は、加圧されたガス供給を受け入れるための入口および出口を備えた通路（２０）を具備する。粒子捕獲器（５１）は通路（２０）内に設置され、ガスがガス調整器（２２）に達する前に当該ガス内から同伴粒子を取り除くために、粒子捕獲プレート（５６）および当該粒子捕獲プレートに対してガスを吹き付ける捕獲ノズルを具備している。 (57) [Summary] A converter (10) for producing a regulated air output as a function of an electrical control input, comprising a housing (16), a gas regulator (22), and a particle trap (51). The housing (16) has a passageway (20) with an inlet and an outlet for receiving a pressurized gas supply. The particle trap (51) is mounted within the passageway (20) and includes a particle trap plate (56) and a trap nozzle for blowing gas against the particle trap plate to remove entrained particles from the gas before it reaches the gas regulator (22).

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称Ｉ／Ｐ変換器用の粒子捕獲装置発明の背景本発明は、加圧ガスの供給および電気的制御入力を受け入れ、この電気的制御入力の関数として調整された空気出力を発生する空気装置に関する。このような装置はＩ／Ｐ変換器として知られている。なぜなら、一般的に電気的制御入力は電流“Ｉ”で表現され、出力は空気圧“Ｐ”で表現されるからである。本発明は、特にＩ／Ｐ変換器用の粒子捕獲装置に関する。Ｉ／Ｐ変換器を使用する場合には、その入力部に加圧ガスを供給するが、供給されるガスの中には、しばしば同伴粒子（particles entrained）が含まれている。今日のＩ／Ｐ変換器では、粒子によって変換器の出力が狂ったり、あるいは変換器が他のダメージを受ける前に空気ラインからそのような粒子を取り除くための各種のフィルタが利用されている。粒子はＩ／Ｐ変換器の精密部品を摩滅したり、あるいは小さなオリィフィス（穴）を塞いだりすることで出力を狂わせることがある。このような粒子を捕獲するために用いられるフィルタとしては、ワイヤメッシュスクリーンやフィルタ・調整器組合せ装置などがあり、そのうち後者のフィルタは、主にＩ／Ｐ変換器のハウジングの入力ポート部に直に取り付けられる。このようなフィルタは、有害な粒子の大部分を効果的に取り除き、これによってＩ／Ｐ変換器の信頼性を向上させる。しかしながら一部の装置では、Ｉ／Ｐ変換器の検知部分に付着し、その上に堆積してしまうような粒子を含んだ空気が使用者によって供給され、従来技術のフィルタでは、これらの粒子を効果的に取り除くことはできなかった。これらの粒子を、ここでは“粘着性の”粒子と表現する。これらは、油滴、さび、および水蒸気が混合されて構成されていると考えられている。発明の要約本発明のＩ／Ｐ変換器は、供給された加圧ガスの少なくとも一部を受け入れるための入口を備えた通路を有するハウジングと、通路出口から排出されたガスを受け入れる調整ノズル、および電気的制御信号に応答して変位することができ、かつ調整ノズルと協動するデフレクタを備え、変換器の空気出力を調整するガス調整器と、捕獲プレートおよび当該捕獲プレートに対してガスを指向させる捕獲ノズルを備え、前記通路の内部に配置された粒子捕獲器とを具備している。捕獲ノズルは、不所望の同伴粒子を捕獲プレート表面に付着させることによって前記粒子をガスから分離できる大きさに規定され、減数された同伴粒子のみがガス調整器に達する。本発明の一実施例では、捕獲ノズルの断面積は調整ノズルの断面積の１ないし２倍である。本発明の好ましい実施例では、捕獲ノズルの出口面積は、捕獲ノズル出口を通過する際の圧力低下を比較的低く抑えるために、調整ノズルでの同伴粒子の噴出速度に実質上応答するものの、調整ノズルの出口面積の１．４〜１．７倍である。本発明の他の実施例では、通路は第１の貫通路および当該第１の貫通路よりも大きい第２の貫通路を具備し、ハウジングは第１および第２の貫通路の間にショルダ部を具備している。本発明のこの実施例では、捕獲ノズルの少なくとも一部は第１の通路内に配置され、捕獲プレートはショルダ部に押さえつけられる。本発明の更に他の実施例では、捕獲ノズルが捕獲ノズルアレイに置き換えられる。図面の簡単な説明図１は本発明によるＩ／Ｐ変換器の部分断面図であり、一部はブロック図で表わしている。図１Ａ、１Ｂは図１の部分拡大図である。図２は本発明によるＩ／Ｐ変換器のブロック図であり、断面図を一部含む。図３は図１の３−３線に沿った拡大平面図である。図４は本発明の一実施例の断面図であり、図１と似ているが、フラッパプレートを利用している点で異なる。図５は本発明の第２実施例の部分拡大図であり、図１Ａに相当する。各図において同一または類似の機能を有する部分には同一の符号を付している。好ましい実施例の詳細は説明図１および図２において、Ｉ／Ｐ変換器１０は、加圧ガス源１４から供給されたガスの少なくとも一部および電流源１２からの制御信号を受け入れ、制御信号の関数として変化する圧力の空気出力を出力通路４６に発生させる。加圧ガス源１４から供給されるガスは、通常、ローカル気圧よりも約２０psi（〜１．４× １０⁵Ｎ／ｍ²）高い圧力まで圧縮されており、そのようなケースでは、出力通路４６における空気出力を、ローカル気圧よりも約３psi（〜２．１× １０⁴Ｎ／ｍ²）〜１５psi（〜１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²）だけ高い範囲で変化させることができる。電流源１２は変換器１０の回路１３に接続され、４〜２０ミリアンペア（ｍＡ）の範囲で変化する電流を供給することができ、少なくともその一部は変換器１０の電力源として利用され、電流の大きさ（振幅）は制御信号として変換器１０へ供給される。その代わりに、電流源１２がデジタル制御信号を変換器１０へ供給するようにしても良い。変換器１０は、ガスケット１８で分離されたハウジング部１６ａ，１６ｂを相互にネジ止め（図示せず）固定して構成されたハウジング１６を有する。ハウジング１６は、その内部を貫通する通路２０を備え、加圧ガス供給源１４から供給されるガスの少なくとも一部が、この通路を介して流れる。ガス調整モジュール２２は、そこを貫通する貫通路２６，２８を有するヘッド２４、相互に対向配置されたノズル３０，３２、変位可能なデフレクタ３４、およびアクチュエータ３６を備え、ハウジング１６に対してネジ止め（図示せず）固定されている。Ｏリング３８は通路２０と貫通路２６との連結部でのリークを防ぐ。ノズル３０は通路２０から貫通路２６を介してガスを供給され、これを対向ノズル３２へ向けて噴射する。ノズル３０の出口３０ａ（図１Ｂを参照）から近い位置に配置されたデフレクタ３４は、両矢印４０で示した方向へ平行移動することで、ノズル３２から逸れるガスの流量を変化させる。この結果、貫通路２８内の空気圧が調整される。一方、図２に示したように、貫通路２８はさらに、加圧ガス供給源１４を空気圧増幅器（ブースタ）４２へ直に接続する通路４４と同様に、空気圧増幅器４２と連結されている。従来から知られているように、貫通路２８内の空気圧は、ガス供給源１４から供給されて圧力増幅器４２を通過するガス量を制御し、それにより、出力通路４６内の空気圧が制御されることになる。可動デフレクタ３４およびノズル３０，３２を含むガス調整機構の構成および動作は、米国特許第４５３４３７６号において詳細に述べられており、参照によって、これを本明細書に統合にする。特に、デフレクタ３４は好ましくは、支柱３５を介して支えられる、両矢印４０の方向およびノズル３０の軸方向の両方向に垂直な、ある長さのワイヤによって構成される。本発明で用いられる空気圧増幅器４２の具体例については、米国特許第４６５３５３３号において述べられており、これも参照によって本明細書に統合される。ガス中に含まれる望ましくない同伴粒子は、ノズル３０の内壁、デフレクタ３４の前面および上面、あるいはノズル３２の先端部分のような精密加工部分を摩滅することによって、またノズルの出口３０ａあるいは入口３２ａのような小さなオリフィスをふさぐことによって、変換器１０の機能を損なわせる恐れがある。加圧ガス供給源１４から送り込まれる前記望ましくない同伴粒子の少なくとも一部を取り除くために、変換器１０の入力ポート５０（図２）において複合型のエアーフィルタ・調整装置を用いることが知られている。通路２０を流れるガスから同伴粒子を更に取り除くために、ノズル３０の上流側の通路２０内において、スクリーンあるいはメッシュタイプのフィルタ５２（図１，１Ａ）を用いることも知られている。フィルタ５２は、一層が２００メッシュ（タイラー標準ふるい尺度）のスクリーン、および一層が５０メッシュのスクリーンという２つのスクリーンを環状のクリップリングで重ねて構成することができる。フィルタ４８、５２によって取り除かれなかった粒子の大部分はデフレクタ３４やノズル３２の先端部分にぶつかり、ガス流によって流される。しかしながら、フィルタ４８、５２は粘着性の粒子を取り除く場合には適当でないことが判明した。このような粘着性粒子は、油滴、さび、水蒸気、あるいはこれらが組み合わさって構成されていると理解されている。油滴やさびは加圧ガス供給源１４用のコンプレッサから生じる。ある使用者は、加圧ガス供給源１４内に慎重に油滴を注入すれば、その結果、これらの油滴を、例えば加圧ガス供給源１４と接続された弁のような他の部材の上に集中させてそこに注油することができる。粘着性の粒子は変換器１０にとって問題である。なぜなら、粘着性の粒子は単にデフレクタ３４に衝突して流れ過ぎるというよりも、むしろデフレクタ３４に付着して集積されてしまうからである。出口通路４６における空気圧出力は、ノズル出口３０ａに対するデフレクタ３４の位置に関して極めて敏感である。デフレクタ３４の表面に粘着性の粒子が集積されるとデフレクタ３４の形状や位置が実効的に変化し、その結果、供給された電気的制御入力に対して空気圧出力が好ましくない変化（ずれ）を示す。さらに、受け口側のノズル３２に粘着性の粒子が集積されるとノズルの入口３２ａが狭くなることがあるので、空気圧出力がさらに変化してしまう。ノズルの出口３０ａが狭くなると、この部分でガス流が相対的に加速されるので、ノズル３０は、粘着性の粒子を含めて、粒子を比較的早い速度でデフレクタ３４およびノズル３２の方向へ噴射する。先に“粘着性”と表現した粒子は、実際には、粘着性にある分布を有しているので、ある衝突速度が与えられると、粘着性粒子の一部はターゲットに付着するが、他の粒子は通常の“非粘着性”の粒子と同様に跳ね返ると考えられる。速度が速くなるほど、ターゲットに付着する粘着性粒子のパーセンテージも増える。精密加工部分へ付着して集積される粘着性粒子の量を減じるために、変換器１０は粘着性粒子用の粒子捕獲装置５１を備えている。粒子捕獲装置５１はノズル５４および、ノズル３０の上流側通路２０内に配置されたプレート５６を具備している。ノズル５４はガス流をプレート５６の方へ向ける。また、ノズル５４は、図１Ａに示したようにノズル出口５４ａを具備し、その大きさは、当該ノズル出口５４ａでの同伴粒子の速度がノズル出口３０ａでの同伴粒子の速度とほぼ等しくなるように決められている。このようにして、ある与えられた衝突速度でデフレクタ３４に付着するような粘着性粒子は、代わりにプレート５６に付着するようになる。したがって、プレート５６はこれらの粒子に対して捕獲器として機能することになる。一方、与えられた前述の衝突速度ではデフレクタ３４に付着しない他の粘着性粒子は、やはりプレート５６にも付着しないが、その代わりにガス流と共に流される。本実施例では、粒子捕獲装置５１は、図１、２に示したように上流側通路２０の内部に配置されているので、実質上、ノズル５４を通過するガスは全てノズル３０も通過する。それゆえに、粒子速度を実質上同一にするためには、ノズル出口５４ａの断面積（ノズル５４の軸に垂直な平面内で測定される）は、実質上、ノズル出口３０ａの断面積と同一である。ノズル３０でのガス流の状態を、ノズル５４の位置で実質上そっくりに模擬することによって、デフレクタ３４に付着するはずの粒子のみがプレート５６に捕獲される。この結果、プレート５２上に集積される粒子が少なく抑えられる一方、ノズル３０の上流のガス流からは不所望な粘着性粒子の大部分が取り除かれるという効果が生じる。粒子捕獲装置が入力ポート５０と通路２０への入口との間の通路４４内に配置される本実施例でも、ノズル出口５４ａの大きさは、前記したように当該ノズル出口５４ａでの同伴粒子の速度がノズル出口３０ａでの同伴粒子の速度と実質上等しくなるように決めらる。しかし、ノズル３０やデフレクタ３４を通過しないガスは粒子捕獲装置を通過することがないように保証するためには、粒子捕獲装置を、入力ポート５０に近接した通路４４の上流位置よりは通路２０内に設置するのが有利である。このようにすれば、粒子捕獲装置のプレート５２上に集積される粒子を少ないまま保つことが可能になるという効果が生じる。通路４４を介して空気圧力増幅器４２まで直接運ばれた粘着性粒子によって、変換器１０の性能が明らかに低下することは未だ観測されていない。各ノズル３０、５４はノズルの軸に対して放射的に対称であることが望ましい。出力する空気圧の幅を広げるためには、通路２０を通過する際の圧力低下を小さくすることが望ましい。前記したように各ノズル出口での粒子速度をほぼ同一に維持しながら、ノズル出口５４ａを通過する際の圧力低下を、ノズル出口３０ａを通過する際の圧力低下に比べて小さく抑えるためには、ノズル出口５４ａの断面積はノズル出口３０ａの断面積の１〜２倍であることが望ましい。この範囲内でも、１．４〜１．７倍の狭い範囲が好ましい。ノズル出口３０ａの直径が０．０１６±０．００１インチ（〜０．４１ ±０．０３０ミリメータ）であり、ノズル出口５４ａの直径が０．０２０±０．００１インチ（０．５１±０．０３０ｍｍ）であるようなプロトタイプ（基本設計）モデルは満足に動作した。この場合の比率は（０．０２０／０．０１６）² で約１．５６となる。図１Ａに示したように、通路２０は粒子捕獲器５１の周囲に設けられた通路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって構成されている。好ましい実施例では、通路２０ａ，２０ｄの直径は共に〜０．０６２インチ（〜１．６ｍｍ）で、通路２０ｂ，２０ｃの直径は、それぞれ〜０．３１２インチ（〜７．９２ｍｍ）と〜０．４４５インチ（〜１１．３ｍｍ）である。ハウジング部１６ｂは通路２０ｂ，２０ｃの間にショルダ部５８を有している。内挿体６０はフランジ６２、スリーブ６４、およびノズル５４を含んでいる。ハウジング部１６ａはハウジング部１６ｂと取り外し可能な状態で組み合わされている。ハウジング部１６ａ，１６ｂを分離すれば、ガスケット１８、Ｏリング６６、ワイヤスクリーン５２、プレート５６、内挿体６０、およびガスケット６８を取り外したり、洗浄したり、あるいは交換することが可能である。両者を組み付ければ、ハウジング部１６ａはガスケット１８、Ｏリング６６、ワイヤスクリーン５２、プレート５６を介してフランジ６２をショルダ５８に向かって押し付ける。スリーブ６４はフランジ６２から下方へ延びてノズル５４の付根部分と合体し、ノズルの付根部分は反対に上方へフランジ６２まで延びている。ノズル出口５４ａを囲むノズル５４の先端は、フランジ６２の頂面から距離“ｄ”だけ凹んでいる。プレート５６が（図示したように）平坦な場合は、前記の距離ｄは、ノズル出口５４ａと粘着性粒子が捕集されるプレート５６の衝突捕集面との間の“ノズル／プレート間距離”に相当する。実質上、デフレクタ３４に付着するような粒子のみを十分に捕獲するためには、“ノズル／プレート間距離”は、デフレクタ３４の移動範囲内におけるデフレクタ３４とノズル出口３０ａとの間の最小距離“Ｄ”に相当する“ノズル／デフレクタ間距離”と同程度であることが望ましい。“ノズル／プレート間距離”および“ノズル／デフレクタ間距離”は、たとえばミリメータのような絶対的な尺度によってではなく、ノズル出口の直径（ノズル出口が円形でない場合には、等価的な横方向の寸法）、たとえばノズル出口５４ａの直径およびノズル出口３０ａの直径の無次元倍数によって最も良く特徴付けられる。満足し得る性能の得られた前述のプロトタイプモデルでは、“ノズル／デフレクタ間距離”が〜１（距離Ｄがノズル出口３０ａの直径とほぼ同一）であったのに対して、“ノズル／プレート間距離”は〜２．５（距離ｄがノズル出口５４ａの直径のほぼ２．５倍）であった。“ノズル／プレート間距離”は“ノズル／デフレクタ間距離”の１／５〜５倍であることが望ましい。図１Ａ、３において、ノズル５４はプレート５６に向かってガスを指向させる。プレート５６の形状は、そのエッジとフランジ６２の内側エッジとによって仕切られた開口５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄが形成されるように規定されている。粒子捕獲装置５１を通過する際の圧力低下を低く保つために、開口５７ａ〜５７ｄの総断面積は、ノズル出口５４ａの断面積の１０倍より小さくないように規定されている。しかし、不所望な粘着性粒子の大部分を適宜捕獲するためには、その総断面積は、各開口５７ａ〜５７ｄの直ぐ上流のガス供給通路の断面積、すなわちこの例ではフランジ６２の内側エッジで囲まれた円形領域の断面積の１６％より大きくてはいけない。本発明の他の実施例を図４に示す。Ｉ／Ｐ変換器１０ａは、ガス調整装置内においてフラッパに関するさらに好ましいプレート技術が、対向するノズル形状に適用されている点を除いてＩ／Ｐ変換器１０と類似している。前記ハウジング部１６ａは改良された上側ハウジング部１６ｃで置き代えられ、前記ガス調整モジュール２２はガス調整モジュール２２ａで置き代えられている。ガス調整モジュール２２ａのアクチュエータ３６は、電流源１２から入力された制御信号の関数としてフラッパ板状デフレクタ３４ａを両矢印４０に沿って動かす。フラッパ板状のデフレクタ３４ａがノズル３１の出口近傍に接近するように動くのにつれて、貫通路２６，２８ａおよびこれらを連結する通路２０内での背圧が上昇する。フラッパ板状デフレクタ３４ａがノズル３１の出口から遠ざかるのにつれて、貫通路２８ａ内の背圧は低下する。貫通路２８ａは、図２に示したように、出口通路４６での出力空気圧を制御するために、貫通路２８の場合と同様に空気圧増幅器４２と連結されている。貫通路２８ａは分岐点２９において通路２０と連結されている。従来のフラッパ板状デフレクタを用いたＩ／Ｐ変換器では、高圧空気源１４を貫通路２８ａから部分的に遮断して貫通路２８ａ内でガス圧が変化できるようにするためには、空気圧増幅器４２と直に連結されるガス流量制限手段を貫通路２８ａの上流に設けることが必要であった。変換器１０ａでは、ノズル５４が、プレート５６に対してガスを噴射する粒子捕獲ノズル、および必要な流量制限手段の双方として有効に機能する。本実施例では、ノズル５４の出口は、主として流量制限に必要な大きさに規定され、ノズル５４の出口断面積にはノズル３１の出口断面積といかなる特別の関係も必要とされない。しかしながら、この条件を満足する一方、ノズル５４の出口断面積がノズル３１の出口断面積とできる限り同じであることは、前記の理由によって望ましい。図４に示した実施例に対しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で多くの変更が可能である。たとえば、ベントノズル３１をストレートノズル３０に置き代え、フラッパ板状デフレクタ３４ａは、その一端に両矢印４０と平行に配置し、アクチュエータ３６は、図４から理解されるように、フラッパ板状デフレクタを実質上、水平方向に変位させるようにする。変換器１０ａは通路２０内に別の流量制限器を設けられても良いし、また粒子捕獲装置５１は前記別の流量制限器の上流側あるいは下流側に設置されるようにしても良い。図５は図１Ａと類似するが粒子捕獲器５１の他の実施例であり、ここでは、ノズル出口７０ａ，７２ａをそれぞれ有するノズル７０，７２によって前記ノズル５４が置き代えられている。ノズル５４をノズル７０，７２で置き代えた場合、ノズル出口７０ａ，７２ａの寸法は、その総断面積がノズル５４ａの断面積と同一になるようにすることが望ましい。出口５４ａの大きさを含めて、上記した関係は図５におけるノズルの配置にも当てはまるが、ノズルの総断面は出口５４ａの断面積に代用される。図５の粒子捕獲器はＩ／Ｐ変換器１０およびＩ／Ｐ変換器１０ａのいずれにも利用できる。本発明で利用可能な材質として、内挿体６０にはガラスを３０％含んだナイロン、プレート５６には３００シリーズのあらゆるステンレス鋼、デフレクタ３４にはタングステン−カーバイト鋼、ノズル３０および３２には３００シリーズのあらゆるステンレス鋼、またデフレクタ３４ａには３００シリーズのあらゆるステンレス鋼が望ましい。本発明は好ましい実施例を参照して説明されたが、当業者は本発明の精神および範囲から逸脱することなく形状や詳細の変更ができることを認識できるであろう。例えば、貫通路、通路、およびノズルオリフィスの断面形状は円形以外であっても良い。粒子捕獲器の捕集プレートは平坦である必要はない。ガス調整器は取り外し可能なモジュール内に設置されるよりも、むしろハウジングに一体化されることができる。電気的制御および電源としては、電流よりも電圧を用いる方が適当である。電気的制御入力は光制御信号から誘導することができる。Detailed Description of the Invention Name of the Invention Particle Trap for I/P Converters Background of the Invention The present invention relates to a pneumatic device that accepts a supply of pressurized gas and an electrical control input and produces a regulated air output as a function of the electrical control input. Such devices are known as I/P converters because the electrical control input is generally expressed as a current "I" and the output is generally expressed as an air pressure "P". The present invention relates specifically to a particle trap for an I/P converter. When an I/P converter is used, pressurized gas is supplied to its input, which often contains particles entrained in the gas. Today's I/P converters utilize a variety of filters to remove such particles from the air line before they can distort the converter's output or otherwise damage the converter. Particles can distort the output by wearing away precision components of the I/P converter or by blocking small orifices. Filters used to capture such particles include wire mesh screens and combination filter/conditioner devices, the latter of which are typically attached directly to the input port of the I/P converter housing. Such filters effectively remove the majority of harmful particles, thereby improving the reliability of the I/P converter. However, in some systems, the user supplies air containing particles that adhere to and accumulate on the sensing portion of the I/P converter, and prior art filters are not effective at removing these particles. These particles are referred to herein as "sticky" particles. They are believed to consist of a mixture of oil droplets, rust, and water vapor. SUMMARY OF THEINVENTION The I/P converter of the present invention comprises a housing having a passage with an inlet for receiving at least a portion of the pressurized gas supplied thereto, a regulating nozzle for receiving the gas discharged from the passage outlet, and a gas regulator having a deflector displaceable in response to an electrical control signal and cooperating with the regulating nozzle for regulating the air output of the converter; and a particle trap disposed within the passage, the particle trap having a trap plate and a trap nozzle for directing gas toward the trap plate. The trap nozzle is sized to separate undesired entrained particles from the gas by depositing the particles on the trap plate surface, so that only a reduced number of entrained particles reach the gas regulator. In one embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the trap nozzle is 1 to 2 times the cross-sectional area of the regulating nozzle. In a preferred embodiment of the present invention, the exit area of the trap nozzle is 1.4 to 1.7 times the exit area of the regulating nozzle while being substantially responsive to the exit velocity of the entrained particles at the regulating nozzle to provide a relatively low pressure drop through the trap nozzle exit. In another embodiment of the invention, the passageway includes a first passageway and a second passageway larger than the first passageway, and the housing includes a shoulder between the first and second passageways. In this embodiment of the invention, at least a portion of the trap nozzle is disposed within the first passageway, and the trap plate is pressed against the shoulder. In yet another embodiment of the invention, the trap nozzle is replaced by a trap nozzle array. Brief Description of the Drawings FIG. 1 is a partial cross-sectional view, partly shown in block diagram form, of an I/P converter according to the present invention. FIGS. 1A and 1B are partial enlarged views of FIG. 1. FIG. 2 is a block diagram of an I/P converter according to the present invention, partly showing a cross-sectional view. FIG. 3 is an enlarged plan view taken along line 3-3 of FIG. 1. FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the invention similar to FIG. 1, except that it utilizes a flapper plate. FIG. 5 is a partial enlarged view of a second embodiment of the invention, corresponding to FIG. 1A. In each figure, parts having the same or similar functions are given the same reference numerals. Details of the Preferred Embodiment In Figs. 1 and 2, an I/P converter 10 receives at least a portion of the gas supplied from a pressurized gas source 14 and a control signal from a current source 12, and generates an air output at an output passage 46 at a pressure that varies as a function of the control signal. The gas supplied from the pressurized gas source 14 is typically about 20 psi (~1.4 x 10) above local atmospheric pressure.⁵N/m²) higher than the local atmospheric pressure, in which case the air output at the output passage 46 is compressed to a pressure of about 3 psi (~2.1 x 10⁴N/m²)~15psi (~1.0×10⁵N/m²) high. A current source 12 is connected to the circuit 13 of the converter 10 and can supply a current that can vary from 4 to 20 milliamperes (mA), at least a portion of which is used as a power source for the converter 10, and the magnitude (amplitude) of the current is supplied to the converter 10 as a control signal. Alternatively, the current source 12 can supply a digital control signal to the converter 10. The converter 10 has a housing 16 that is formed by fixing housing parts 16a and 16b, separated by a gasket 18, to each other by screws (not shown). The housing 16 has a passage 20 passing through it, through which at least a portion of the gas supplied from the pressurized gas supply source 14 flows. The gas regulation module 22 includes a head 24 having passages 26, 28 therethrough, nozzles 30, 32 arranged opposite each other, a displaceable deflector 34, and an actuator 36, and is fixed to the housing 16 by screws (not shown). An O-ring 38 prevents leakage at the connection between the passage 20 and the passage 26. The nozzle 30 is supplied with gas from the passage 20 through the passage 26 and sprays it toward the opposing nozzle 32. The deflector 34, located close to the outlet 30a of the nozzle 30 (see FIG. 1B), moves in a parallel direction in the direction indicated by the double arrow 40 to change the flow rate of gas diverted from the nozzle 32. As a result, the air pressure in the passage 28 is adjusted. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the passage 28 is further connected to an air pressure booster 42, as well as a passage 44 that directly connects the pressurized gas supply source 14 to the air pressure booster 42. As is conventionally known, the air pressure in passageway 28 controls the amount of gas supplied by gas source 14 through pressure amplifier 42, which in turn controls the air pressure in output passageway 46. The construction and operation of the gas regulating mechanism, including movable deflector 34 and nozzles 30, 32, are described in detail in U.S. Pat. No. 4,534,376, which is incorporated herein by reference. In particular, deflector 34 is preferably comprised of a length of wire supported by strut 35 and perpendicular to both the direction of double arrow 40 and the axial direction of nozzle 30. An example of an air pressure amplifier 42 for use in the present invention is described in U.S. Pat. No. 4,653,533, which is also incorporated herein by reference. Undesirable entrained particles contained in the gas can impair the function of the transducer 10 by wearing away precision machined parts such as the inner walls of the nozzle 30, the front and top surfaces of the deflector 34, or the tip of the nozzle 32, and by blocking small orifices such as the nozzle outlet 30a or inlet 32a. It is known to use a combination air filter and conditioner at the input port 50 (FIG. 2) of the transducer 10 to remove at least a portion of the undesirable entrained particles from the pressurized gas supply 14. It is also known to use a screen or mesh type filter 52 (FIGS. 1, 1A) in the passage 20 upstream of the nozzle 30 to further remove entrained particles from the gas flowing through the passage 20. The filter 52 may consist of two screens, one layer of 200 mesh (Tyler Standard Sieve Scale) and one layer of 50 mesh, stacked together with an annular clip ring. Most of the particles not removed by the filters 48, 52 strike the deflector 34 or the tip of the nozzle 32 and are carried away by the gas flow. However, it has been found that the filters 48, 52 are not suitable for removing sticky particles. Such sticky particles are understood to consist of oil droplets, rust, water vapor, or a combination of these. Oil droplets and rust come from the compressor for the pressurized gas supply 14. Some users have found that by carefully injecting oil droplets into the pressurized gas supply 14, these droplets can be concentrated and lubricated on other components, such as valves connected to the pressurized gas supply 14. Sticky particles are a problem for the transducer 10 because the sticky particles stick to the deflector 34 and accumulate there, rather than simply striking it and flowing away. The air pressure output at the outlet passage 46 is very sensitive to the position of the deflector 34 relative to the nozzle outlet 30a. The accumulation of sticky particles on the surface of the deflector 34 effectively changes the shape and position of the deflector 34, resulting in an undesirable change (deviation) in the air pressure output relative to the electrical control input provided. Furthermore, the accumulation of sticky particles on the nozzle 32 at the receiving end may narrow the nozzle inlet 32a, further changing the air pressure output. The narrowing of the nozzle outlet 30a causes a relative acceleration of the gas flow at this portion, so that the nozzle 30 ejects particles, including sticky particles, at a relatively high velocity toward the deflector 34 and nozzle 32. The particles described above as "sticky" actually have a certain distribution of stickiness, so that at a given impact velocity, some of the sticky particles will adhere to the target, while others will bounce off like normal "non-sticky" particles. The higher the velocity, the greater the percentage of sticky particles that adhere to the target. In order to reduce the amount of sticky particles that adhere to and accumulate on the precision machined parts, the converter 10 includes a particle trapping device 51 for sticky particles. The particle trapping device 51 includes a nozzle 54 and a plate 56 disposed in the passage 20 upstream of the nozzle 30. The nozzle 54 directs the gas flow toward the plate 56. The nozzle 54 also includes a nozzle outlet 54a, as shown in FIG. 1A, which is sized so that the velocity of the entrained particles at the nozzle outlet 54a is approximately equal to the velocity of the entrained particles at the nozzle outlet 30a. In this way, sticky particles that would adhere to the deflector 34 at a given impact velocity will instead adhere to the plate 56. Thus, the plate 56 functions as a trap for these particles. Meanwhile, other sticky particles that do not adhere to the deflector 34 at the given impact velocity will also not adhere to the plate 56, but will instead be swept away with the gas flow. In this embodiment, the particle capture device 51 is located within the upstream passage 20 as shown in Figures 1 and 2, so that essentially all of the gas passing through the nozzle 54 also passes through the nozzle 30. Therefore, to achieve substantially the same particle velocity, the cross-sectional area of the nozzle outlet 54a (measured in a plane perpendicular to the axis of the nozzle 54) is substantially the same as the cross-sectional area of the nozzle outlet 30a. By substantially mimicking the gas flow conditions at the nozzle 30 at the nozzle 54, only particles that would otherwise adhere to the deflector 34 are captured by the plate 56. This has the effect of minimizing particle accumulation on the plate 52, while removing most of the undesirable sticky particles from the gas flow upstream of the nozzle 30. In this embodiment, where the particle trap is located in the passage 44 between the input port 50 and the inlet to the passage 20, the nozzle outlet 54a is sized so that the velocity of the entrained particles at the nozzle outlet 54a is substantially equal to the velocity of the entrained particles at the nozzle outlet 30a, as described above. However, to ensure that gas that does not pass through the nozzle 30 or the deflector 34 does not pass through the particle trap, it is advantageous to place the particle trap in the passage 20 rather than upstream of the passage 44 close to the input port 50. This has the effect of keeping the particle accumulation on the particle trap plate 52 low. We have not yet observed any significant degradation of the performance of the transducer 10 due to sticky particles being transported directly to the air pressure amplifier 42 via the passage 44. It is desirable for each nozzle 30, 54 to be radially symmetrical about the nozzle axis. To increase the range of air pressures that can be output, it is desirable to reduce the pressure drop through the passage 20. In order to maintain approximately the same particle velocity at each nozzle outlet as described above while minimizing the pressure drop through nozzle outlet 54a relative to the pressure drop through nozzle outlet 30a, it is desirable for the cross-sectional area of nozzle outlet 54a to be 1 to 2 times the cross-sectional area of nozzle outlet 30a. Within this range, a narrow range of 1.4 to 1.7 times is preferred. A prototype model in which the diameter of nozzle outlet 30a was 0.016±0.001 inches (~0.41±0.030 millimeters) and the diameter of nozzle outlet 54a was 0.020±0.001 inches (0.51±0.030 mm) worked satisfactorily. The ratio in this case is (0.020/0.016).² 1A, passageway 20 is comprised of passageways 20a, 20b, 20c, and 20d arranged around particle trap 51. In a preferred embodiment, passageways 20a and 20d each have a diameter of .about.0.062 inches (.about.1.6 mm), and passageways 20b and 20c have diameters of .about.0.312 inches (.about.7.92 mm) and .about.0.445 inches (.about.11.3 mm), respectively. Housing section 16b has a shoulder 58 between passageways 20b and 20c. Insert 60 includes flange 62, sleeve 64, and nozzle 54. Housing section 16a is removably mated with housing section 16b. When the housing sections 16a and 16b are separated, the gasket 18, O-ring 66, wire screen 52, plate 56, insert 60, and gasket 68 can be removed, cleaned, or replaced. When the two are assembled, the housing section 16a presses the flange 62 against the shoulder 58 via the gasket 18, O-ring 66, wire screen 52, and plate 56. The sleeve 64 extends downward from the flange 62 and merges with the base of the nozzle 54, which in turn extends upward to the flange 62. The tip of the nozzle 54 surrounding the nozzle outlet 54a is recessed from the top surface of the flange 62 by a distance "d". If the plate 56 is flat (as shown), the distance d corresponds to the "nozzle-to-plate distance" between the nozzle outlet 54a and the impingement collection surface of the plate 56 where the sticky particles are collected. In order to adequately capture only those particles that adhere to the deflector 34, the "nozzle-to-plate distance" is preferably comparable to the "nozzle-to-deflector distance" which corresponds to the minimum distance "D" between the deflector 34 and the nozzle outlet 30a within the range of movement of the deflector 34. The "nozzle-to-plate distance" and the "nozzle-to-deflector distance" are best characterized not by absolute measurements such as millimeters, but by a dimensionless multiple of the nozzle outlet diameter (or equivalent lateral dimension if the nozzle outlet is not circular), e.g., the diameter of the nozzle outlet 54a and the diameter of the nozzle outlet 30a. In the prototype model described above, which provided satisfactory performance, the "nozzle/deflector distance" was .about.1 (distance D is approximately the same as the diameter of nozzle outlet 30a), while the "nozzle/plate distance" was .about.2.5 (distance d is approximately 2.5 times the diameter of nozzle outlet 54a). The "nozzle/plate distance" is preferably 1/5 to 5 times the "nozzle/deflector distance". In FIGS. 1A and 3, nozzle 54 directs gas toward plate 56. Plate 56 is shaped to form openings 57a, 57b, 57c, and 57d bounded by its edge and the inner edge of flange 62. To keep the pressure drop through particle capture device 51 low, the total cross-sectional area of openings 57a-57d is regulated to be no less than 10 times the cross-sectional area of nozzle outlet 54a. However, in order to adequately capture a large proportion of the unwanted sticky particles, the total cross-sectional area should not be greater than 16% of the cross-sectional area of the gas supply passage immediately upstream of each opening 57a-57d, i.e., in this example, the cross-sectional area of the circular area enclosed by the inner edge of flange 62. Another embodiment of the invention is shown in FIG. 4. I/P converter 10a is similar to I/P converter 10, except that the more preferred plate technology for flappers in a gas regulator is applied to the opposed nozzle configuration. The housing section 16a is replaced by a modified upper housing section 16c, and the gas regulation module 22 is replaced by a gas regulation module 22a. An actuator 36 of gas regulation module 22a moves a flapper plate-like deflector 34a along the double arrow 40 as a function of a control signal input from current source 12. As the flapper plate-shaped deflector 34a moves closer to the outlet of the nozzle 31, the back pressure in the through passages 26, 28a and the passage 20 connecting them increases. As the flapper plate-shaped deflector 34a moves away from the outlet of the nozzle 31, the back pressure in the through passage 28a decreases. The through passage 28a is connected to an air pressure amplifier 42 in the same manner as the through passage 28, as shown in FIG. 2, to control the output air pressure at the outlet passage 46. The through passage 28a is connected to the passage 20 at a branch point 29. In the conventional I/P converter using the flapper plate-shaped deflector, it was necessary to provide a gas flow restriction means directly connected to the air pressure amplifier 42 upstream of the through passage 28a in order to partially cut off the high pressure air source 14 from the through passage 28a and allow the gas pressure to change in the through passage 28a. In converter 10a, nozzle 54 effectively functions as both a particle capture nozzle for injecting gas against plate 56 and as a necessary flow restriction means. In this embodiment, the outlet of nozzle 54 is determined primarily to the size required for flow restriction, and the outlet cross-sectional area of nozzle 54 does not need to have any special relationship to the outlet cross-sectional area of nozzle 31. However, while satisfying this condition, it is desirable for the outlet cross-sectional area of nozzle 54 to be as similar as possible to the outlet cross-sectional area of nozzle 31 for the reasons described above. Many modifications can be made to the embodiment shown in FIG. 4 without departing from the spirit of the invention. For example, bent nozzle 31 is replaced by straight nozzle 30, flapper plate deflector 34a is disposed at one end parallel to double arrow 40, and actuator 36 displaces flapper plate deflector in a substantially horizontal direction as can be seen from FIG. 4. Converter 10a may have a separate flow restrictor in passageway 20, and particle trap 51 may be located upstream or downstream of the separate flow restrictor. FIG. 5 is an alternative embodiment of particle trap 51 similar to FIG. 1A, but in which nozzle 54 is replaced by nozzles 70 and 72 having nozzle outlets 70a and 72a, respectively. When nozzle 54 is replaced by nozzles 70 and 72, nozzle outlets 70a and 72a are preferably sized such that their total cross-sectional area is the same as the cross-sectional area of nozzle 54a. The relationships described above, including the size of outlet 54a, also apply to the nozzle arrangement in FIG. 5, but the total nozzle cross-sectional area is substituted for the cross-sectional area of outlet 54a. The particle trap of FIG. 5 can be used with either I/P converter 10 or I/P converter 10a. Materials that may be used in the present invention include 30% glass filled nylon for the insert 60, any 300 series stainless steel for the plate 56, tungsten carbide steel for the deflector 34, any 300 series stainless steel for the nozzles 30 and 32, and any 300 series stainless steel for the deflector 34a. Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the cross-sectional shapes of the passageways, passages, and nozzle orifices may be other than circular. The collection plate of the particle trap need not be flat. The gas regulator may be integrated into the housing rather than being located in a removable module. Electrical control and power sources are preferably voltage rather than current. Electrical control inputs may be derived from optical control signals.

Claims

[Claims] 1. A converter for receiving a supply of pressurized gas and an electrical control input and for generating a controlled air output as a function of the electrical control input, comprising: a housing having a passage therein with an inlet and an outlet for receiving at least a portion of the supplied pressurized gas; a gas regulator having a regulating nozzle for receiving gas discharged from the outlet and a deflector displaceable in response to an electrical control signal and cooperating with the regulating nozzle to provide a regulated air output; a particle trap disposed within the passage, the particle trap having a trap plate and a trap nozzle for directing gas toward the trap plate. 2. The trap nozzle is sized to separate undesired entrained particles from the gas by depositing the particles on a surface of the trap plate, such that only a reduced number of entrained particles reach the gas regulator. 3. The converter of claim 1, wherein the converter's adjustment nozzle has an outlet with a first cross-sectional area, and the trap nozzle has an outlet with a second cross-sectional area, the second cross-sectional area being between one and two times the first cross-sectional area. 4. The particle trap comprises an insert having a trap nozzle disposed within a passageway, the passageway having a first through-passage and a second through-passage larger than the first through-passage, the housing having a shoulder between the first and second through-passages, at least a portion of the trap nozzle disposed within the first passageway, and a trap plate pressed against the shoulder. 5. The converter of claim 4, wherein the trap plate is removable from the housing. 6. The converter of claim 4, wherein the trap plate is generally "X" shaped. 7. 8. The pneumatic converter of claim 4, wherein the insert further comprises a flange for pressing against the shoulder and a sleeve for connecting the flange to the capture nozzle. 9. The pneumatic converter of claim 1, wherein the particle trap further comprises a capture nozzle and a capture nozzle bank having a number of capture nozzle outlets, the number of capture nozzle outlets having a first total cross-sectional area, and the adjustment nozzle has an outlet having a second cross-sectional area, the first total cross-sectional area being one to two times the second cross-sectional area. 10. The pneumatic converter of claim 1, wherein the housing comprises a second passageway connected to the passageway designated first at a junction, the air output being controlled by the gas pressure in the second passageway, the displaceable deflector cooperating with the adjustment nozzle to vary the gas pressure in the second passageway and thereby vary the air output of the converter, the junction being located between the capture nozzle and the adjustment nozzle, and the capture nozzle being sized to function as a gas flow restrictor. 11. A converter for receiving a supply of pressurized gas and an electrical control input and for generating a controlled air output as a function of the electrical control input, comprising: a housing having a passage therein with an inlet and an outlet for receiving at least a portion of the supplied pressurized gas; a gas regulator having a regulating nozzle for receiving gas discharged from the outlet and a deflector displaceable in response to an electrical control signal and cooperating with the regulating nozzle to provide a regulated air output; a capture surface; and a capture nozzle disposed within the passage for directing gas against the capture surface. 11. The converter of claim 10, wherein the capture nozzle is positioned relative to the capture surface and sized to separate undesired entrained particles from the gas by adhering to the capture surface, such that only the subtracted entrained particles reach the gas regulator.